les gaz nobles

[Harrad]

Bonjour,

Je viens sur ce forum car je voulais vous demander si vous saviez est-ce que les gaz nobles (tous sans exceptions) peuvent exister sous la forme de solides?

Merci d'avance pour votre réponse!
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[Opabinia]

Bonjour,

Les gaz nobles se condensent à l'état solide, sous la pression normale, en-dessous d'une température suffisamment basse - tous à l'exception de l'hélium, à cause de l'apparition de l'état superfluide, qui ne laisse apparaître les cristaux qu'au-delà d'un seuil de pression, de l'ordre de 25 bar.

[Harrad]

D'accord, donc ils ont tout simplement des conditions extrêmes à appliquer pour les avoir à l'état solide, mais il existe.

Merci beaucoup pour votre réponse rapide!

Bonne journée

[goaoute]

Question: Quel type de force maintien la cohésion d'un gaz à l'état solide ? (van der Waals ?)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Harrad]

Je pense que c'est ça car honnêtement pour un gaz pur (entendons: qui n'est composé que d'un seul type d'atomes), je ne vois pas d'aure type d'interaction possible.

[Opabinia]

Quel type de force maintien la cohésion d'un gaz à l'état solide ? (van der Waals ?)

Les forces d'attraction de Van der Waals, effectivement, par l'effet de dispersion qui est ici lié à la polarisabilité (α) des atomes.

Cette grandeur représente l'aptitude du nuage électronique à se déformer dans un champ électrique; dans une série isoélectronique donnée, elle augmente avec le volume atomique, donc avec le nombre total d'électrons présents dans le nuage:

α_He = 0.206 ; α_Ne = 0.397 ; α_Ar = 1.66 ; α_Kr = 2.52 ; α_Xe = 4.11 u_α
(l'unité de polarisabilité (u_α) vaut ici 4πε₀ ų soit 1.11E^-40 C²m²/J ).

Ainsi s'explique l'augmentation observée pour les températures de changement d'état, et pour les enthalpies correspondantes.

[Opabinia]

Je pense que c'est ça car honnêtement pour un gaz pur (entendons: qui n'est composé que d'un seul type d'atomes), je ne vois pas d'autre type d'interaction possible.

Le cristal résulte de l'empilement dans l'espace des atomes assimilables à des sphères dans un réseau tridimensionnel de type cubique à faces centrées.

Le diamètre de Van der Waals représente alors la distance minimale séparant les noyaux atomiques; c'est la distance entre les centres des sphères en contact auxquelles on peut assimiler les atomes, et pour laquelle s'équilibrent:
a) les forces d'attraction dues à l'effet de dispersion, de portée moyenne (~50 Å) et variant selon une loi en (1/r⁷),
b) les forces de répulsion agissant à très courte distance (quelques angströms) - pratiquement entre atomes en contact.

Ces dernières sont dues à l'incompressibilité des nuages électroniques, et suivent en fonction de l'éloignement une loi de décroissance beaucoup plus rapide (par ex. en 1/r¹³).

[Opabinia]

Dans la famille des gaz nobles, on observe pour les rayons de Van der Waals une série de valeurs croissantes - à l'exception de l'hélium, dont l'anomalie est liée à la masse relativement de ses atomes (le phénomène, d'origine quantique, se manifeste aussi dans l'apparition de l'état superfluide).

Rayon (Å): r_He = 1.8 ; r_Ne = 1.60 ; r_Ar = 1.90 ; r_Kr = 2.00 ; r_Xe = 2.20 .

[Harrad]

Bonjour,

Très interessant, merci de nous avoir éclairé sur ce sujet Vous n'auriez pas des articles auquel je pourrais me référer pour en savoir un peu plus par hasard?

Merci!

[Opabinia]

... Vous n'auriez pas des articles auxquels je pourrais me référer pour en savoir un peu plus ... ?

Le sujet est vaste, et il n'est pas facile de faire le bon choix entre les textes indigents ou incompréhensibles ...

# L'article de Wikipédia (Forces de Van der Waals) laisse de côté les répulsions à courte distance, mais décrit bien les attractions intervenant entre deux molécules; on peut approfondir le sujet par des recherches sur les 3 effets en cause:
- l'effet d'orientation (Keesom), qui seul dépend de la température - l'agitation thermique tendant à détruire l'orientation favorable entre molécules polaires proches;
- l'effet d'induction (Debye), dépendant à la fois du moment dipolaire (µ) et de la polarisabilité (α) des molécules;
- l'effet de dispersion (London), d'origine quantique, qui intervient systématiquement entre toutes molécules - polaires ou non.

# La consultation de l'Université en Ligne peut être intéressante malgré l'extrême découpage de des rubriques; l'article Liaison de Van der Waals présente sous sa forme la plus concise le potentiel de Lennard-Jones, qui intervient entre deux molécules monoatomiques (He, Ne, Hg) et dont dérivent les lois de forces citées auparavant:

E = 4ε[(σ/r)¹² - (σ/r)⁶) = E₁ + E₂ ;

il vient en effet pour l'expression de la force dérivant de l'énergie potentielle (E):

F = -(dE/dr).u = 4ε[12σ¹²/r¹³ - 6σ⁶/r⁷]u = F₁ + F₂ ,

d'où celle de la force de répulsion: F₁ = -(dE₁/dr).u = (K₁/r¹³).u ,
et celle de la force d'attraction: F₂= -(dE₂/dr).u = -(K₂/r⁷).u .

# Pour ce qui concerne les gaz nobles, on peut lire le mémoire récemment publié par le Bulletin de l'Union des Physiciens: les Elements de la colonne 18.

# Un bonne mise au point concernant l'organisation des solides cristallins: Structure de la matière

[Opabinia]

J'ai oublié de citer un livre publié par le CNRS (1995, InterEditions et CNRS Editions):

Liaisons intermoléculaires
Les forces en jeu dans la matière condensée
Alain Gerschel / Coll Savoirs Actuels

[Harrad]

Merci beaucoup pour cette réponse très complète, j'irais consulter les articles que vou m'avez conseiller.

Merci encore et bonne journée!